JP2004179642A - 圧電体デバイス、液体吐出ヘッド、強誘電体デバイス及び電子機器並びにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板(11、52)の上にイオンビームアシスト法で中間膜であるバッファ層(12)又は振動板(53)を形成し、前記中間膜上に下部電極(13、542)を形成し、前記下部電極上に強誘電体膜(24)又は圧電体膜(543)を形成し、前記強誘電体膜又は圧電体膜上に上部電極(25、541)を形成する。下部電極、強誘電体膜又は圧電体膜は、エピタキシャル成長によって形成される。
【選択図】 図1
Description
Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT、0.0≦x≦1.0)との固溶体PMNy−PZT1-yを含み、かつ
立方晶(100)、正方晶(001)、菱面体晶(100)、擬立方晶(100)、のいずれかの方向で配向していることが望ましい。
フルオライト構造のREx(Zr1-yCey)1-xO2-0.5x(0.0≦x≦1.0、0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、または、
パイロクロア構造のRE2(Zr1-yCey)2O7(0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、のいずれかを含み、かつ立方晶(100)配向していることが望ましい。
Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT、0.0≦x≦1.0)との固溶体PMNy−PZT1-yを含み、かつ
立方晶(100)、正方晶(001)、菱面体晶(100)、擬立方晶(100)、のいずれかの方向で配向していることが望ましい。
フルオライト構造のREx(Zr1-yCey)1-xO2-0.5x(0.0≦x≦1.0、0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、または、
パイロクロア構造のRE2(Zr1-yCey)2O7(0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、のいずれかを含み、かつ立方晶(100)配向していることが望ましい。
図1は、本発明の強誘電体デバイスであるキャパシタの断面図である。まず、第1実施形態の強誘電体デバイスであるキャパシタ200について説明する。
基板11は、バッファ層12、下部電極13等を支持する機能を有するものであり、平板状をなす部材で構成されている。この基板11には、その表面(図1中、上側)にアモルファス状態の絶縁層15が形成されている。絶縁層15は、基板11と一体的に形成されたもの、基板11に対して固着されたもののいずれであってもよい。
絶縁層15上には、薄膜よりなるバッファ層12がイオンビームアシスト法により面内配向されて形成されている。
バッフア層12上には、下部電極13が形成されている。バッファ層12は、前述の通り配向方位が揃っているので、このバッファ層12上に下部電極13を形成することにより、下部電極13は、配向方位が揃ったものとなる。特に、下部電極13は、バッファ層12上にエピタキシャル成長により形成することが望ましい。このような下部電極13を形成することにより、強誘電体デバイスは、各種特性が向上する。
この下部電極13上には、強誘電体膜24が形成されている。下部電極13は、前述の通り配向方位が揃っているので、この下部電極13上に強誘電体膜24を形成することにより、強誘電体膜24は、配向方位が揃ったものとなる。特に、強誘電体膜24は、下部電極上にエピタキシャル成長により形成することが望ましい。
強誘電体膜24上には、櫛歯状(または帯状)をなす上部電極25が形成されている。
次に、このような強誘電体デバイスであるキャパシタ200の第1実施形態による製造方法について、図2を参照しつつ説明する。
まず、基板11の絶縁層15上にバッファ層12を形成する。これは、例えば、次のようにして行うことができる。
次に、バッファ層12上に下部電極13を形成する。この下部電極13は、例えば、次のようにして形成することができる。
次に、下部電極13上に強誘電体膜24を形成する。これは、例えば、次のようにして行うことができる。
次に、強誘電体膜24の一部を除去して、下部電極13を取り出す。これは、例えば、フォトリソグラフィー法を用いることにより、行うことができる。
次に、強誘電体膜24上に上部電極25を形成する。これは、例えば、次のようにして行うことができる。
次に、第2実施形態の強誘電体デバイスであるキャパシタについて説明する。第2実施形態によるキャパシタ200は、図1に示す第1実施形態と同様の構成を有している。特に本実施形態では、基板11上の中間膜第1層である絶縁層15がイオンビームアシスト法により形成され、その上に中間膜第2層であるバッファ層12が形成されている。
基板11は、下部電極13等を支持する機能を有するものであり、平板状をなす部材で構成されている。
基板11上には、薄膜よりなる中間膜第1層である絶縁層15及び中間膜第2層であるバッファ層12が形成されている。
下部電極13については、第1実施形態のキャパシタ200のものと同様であるので、その説明を省略する。
強誘電体膜24については、第1実施形態のキャパシタ200のものと同様であるので、その説明を省略する。
上部電極25については、第1実施形態のキャパシタ200のものと同様であるので、その説明を省略する。
次に、このような第2実施形態によるキャパシタ200の製造方法について、図3を参照しつつ説明する。
まず、基板11上に絶縁層15を形成する。これは、例えば、次のようにして行うことができる。
次に、バッファ層12を形成する。このバッファ層12は、例えば、次のようにして形成することができる。
次に、バッファ層12上に下部電極13を形成する。この下部電極13は、下部電極13の構成元素を含む第3ターゲット(下部電極用ターゲット)を用いる他、第1実施形態の工程[2A]と同様に形成することができる。
次に、下部電極13上に強誘電体膜24を形成する。この強誘電体膜24は、強誘電体膜24の構成元素を含む第4ターゲット(強誘電体膜用ターゲット)を用いる他、第1実施形態の工程[3A]と同様に形成することができる。
次に、強誘電体膜24の一部を除去して、下部電極13を取り出す。この工程は、第1実施形態の工程[4A]と同様に行うことができる。
次に、強誘電体膜24上に上部電極25を形成する。この上部電極25は、第1実施形態の工程[5A]と同様に形成することができる。
図6は、本発明の第1実施形態による圧電体デバイス及びこれを用いた液体吐出ヘッドの実施形態を示す断面図である。
次に、図7に基づき、第1実施形態による圧電体デバイスの製造方法について説明する。
前記工程[1A]のバッファ層と同様にして、イオンビームアシスト法により行う。
前記工程[2A]と同様にして行う。
次に、下部電極542上に圧電体膜543を形成する。これは、前記工程[3A]と同様にして行うことができる。
次に図7[4C]に示すように、圧電体薄膜543上に上部電極541を形成する。具体的には、上部電極541として白金(Pt)等を100nmの膜厚に直流スパッタ法で成膜する。
図7[5C]に示すように、圧電体薄膜543及び上部電極541を所定形状に加工して圧電体デバイスを形成する。具体的には、上部電極541上にレジストをスピンコートした後、所定形状に露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極541、圧電体薄膜543をイオンミリング等でエッチングする。
図8は、本発明の第2実施形態による圧電体デバイス及びこれを用いた液体吐出ヘッドの実施形態を示す断面図である。
次に、図9に基づき、第2実施形態による圧電体デバイスの製造方法について説明する。
前記工程[0B]と同様にして、イオンビームアシスト法により中間膜第1層である振動板53を形成する。
中間膜第1層の上に前記工程[1B]と同様にして中間膜第2層であるバッファ層55を形成する。
前記工程[2B]と同様にして行う。
次に、下部電極542上に圧電体膜543を形成する。これは、前記工程[3B]と同様にして行うことができる。
次に図9[4D]に示すように、圧電体薄膜543上に上部電極541を形成する。具体的には、上部電極541として白金(Pt)等を100nmの膜厚に直流スパッタ法で成膜する。
図9[5D]に示すように、圧電体薄膜543及び上部電極541を所定形状に加工して圧電体デバイスを形成する。具体的には、上部電極541上にレジストをスピンコートした後、所定形状に露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極541、圧電体薄膜543をイオンミリング等でエッチングする。
次に、本発明の強誘電体デバイスをキャパシタとして備える強誘電体メモリについて説明する。
次に、強誘電体メモリ40の製造方法の一例について説明する。
本発明の圧電体デバイスを備える液体吐出ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。
図13は、第2実施形態のインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図である。図13に示すインクジェット式記録ヘッド50は、中間膜第1層である振動板53に加え、中間膜第2層であるバッファ層55を備える他は、図12の第1実施形態と同様である。
<13.インクジェット式記録ヘッドの製造方法>
次に、ヘッド50の製造方法の一例について説明する。前述したようなヘッド50は、例えば、次のようにして製造することができる。
本発明のインクジェット式記録ヘッドを備えた液体吐出装置であるインクジェットプリンタについて説明する。
以上、本発明の強誘電体デバイス、圧電体デバイス、強誘電体メモリ、電子機器、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンタについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
Claims (32)
- 少なくとも一部にイオンビームアシスト法を用いることで基板上に中間膜を形成し、前記中間膜上に下部電極を形成し、前記下部電極上に圧電体膜を形成し、前記圧電体膜上に上部電極を形成する、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1において、
前記中間膜のうち下部電極側の部分の形成に、イオンビームアシスト法を用いる、圧電体デバイスの製造方法。 - 請求項1において、基板上に、イオンビームアシスト法で中間膜第1層を形成し、前記第1層上に中間膜第2層を形成することで前記中間膜を形成する、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項3において、前記中間膜の第1層上にエピタキシャル成長によって前記第2層が形成される、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項4の何れか一項において、前記中間膜は、振動板として機能する、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項4の何れか一項において、前記中間膜は、バッファ層として機能する、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項6の何れか一項において、前記中間膜上に前記下部電極がエピタキシャル成長によって形成され、前記下部電極上に前記圧電体膜がエピタキシャル成長によって形成される、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項7の何れか一項において、前記圧電体膜は、
Pb(M1/3N2/3)O3(M=Mg、Zn、Co、Ni、Mn、N=Nb、Ta)、Pb(M1/2N1/2)O3(M=Sc、Fe、In、Yb、Ho、Lu、N=Nb、Ta)、Pb(M1/2N1/2)O3(M=Mg、Cd、Mn、Co、N=W、Re)、Pb(M2/3N1/3)O3(M=Mn、Fe、N=W、Re)、のいずれかあるいは混相からなるリラクサ材料PMNと、
Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT、0.0≦x≦1.0)との固溶体PMNy−PZT1-yを含み、かつ
立方晶(100)、正方晶(001)、菱面体晶(100)、擬立方晶(100)、のいずれかの方向で配向していることを特徴とする圧電体デバイスの製造方法。 - 請求項1乃至請求項8の何れか一項において、前記下部電極は、M2RuO4(M=Ca、Sr、Ba)、RE2NiO4(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)、REBa2Cu3Ox(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)、MRuO3(M=Ca、Sr、Ba)、(RE、M)CrO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、M=Ca、Sr、Ba)、(RE、M)MnO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、M=Ca、Sr、Ba)、(RE、M)CoO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、M=Ca、Sr、Ba)、RENiO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)、のいずれかあるいは固溶体を含み、かつ立方晶(100)、正方晶(001)、菱面体晶(100)、擬立方晶(100)、のいずれかの方向で配向していることを特徴とする圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項9の何れか一項において、前記中間膜のうち前記イオンビームアシスト法を用いて形成される部分は、フルオライト構造化合物によって形成される、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項9の何れか一項において、前記中間膜のうち前記イオンビームアシスト法を用いて形成される部分は、NaCl構造化合物によって形成される、圧電体デバイスの製造方法。
- 請求項1乃至請求項9の何れか一項において、前記中間膜のうち前記イオンビームアシスト法を用いて形成される部分は、
フルオライト構造のREx(Zr1-yCey)1-xO2-0.5x(0.0≦x≦1.0、0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、または、
パイロクロア構造のRE2(Zr1-yCey)2O7(0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、のいずれかを含み、かつ立方晶(100)配向していることを特徴とする圧電体デバイスの製造方法。 - 請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載の製造方法により圧電体デバイスを形成する工程と、
前記圧電体デバイスの前記圧電体膜の変形によって内容積が変化するキャビティを、前記圧電体デバイスの前記基板に形成する工程と、
を備えた液体吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法により形成された液体吐出ヘッドを用いることを特徴とする、液体吐出装置の製造方法。
- 少なくとも一部にイオンビームアシスト法を用いることで基板上に中間膜を形成し、前記中間膜上に下部電極を形成し、前記下部電極上に強誘電体膜を形成し、前記強誘電体膜上に上部電極を形成する、強誘電体デバイスの製造方法。
- 請求項15において、
前記中間膜のうち下部電極側の部分の形成に、イオンビームアシスト法を用いる、強誘電体デバイスの製造方法。 - 請求項15において、基板上に、イオンビームアシスト法で中間膜第1層を形成し、前記第1層上に中間膜第2層を形成することで前記中間膜を形成する、強誘電体デバイスの製造方法。
- 請求項15乃至請求項17の何れか一項において、前記強誘電体膜は、
Pb(M1/3N2/3)O3(M=Mg、Zn、Co、Ni、Mn、N=Nb、Ta)、Pb(M1/2N1/2)O3(M=Sc、Fe、In、Yb、Ho、Lu、N=Nb、Ta)、Pb(M1/2N1/2)O3(M=Mg、Cd、Mn、Co、N=W、Re)、Pb(M2/3N1/3)O3(M=Mn、Fe、N=W、Re)、のいずれかあるいは混相からなるリラクサ材料PMNと、
Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT、0.0≦x≦1.0)との固溶体PMNy−PZT1-yを含み、かつ
立方晶(100)、正方晶(001)、菱面体晶(100)、擬立方晶(100)、のいずれかの方向で配向していることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。 - 請求項15乃至請求項18の何れか一項において、前記下部電極は、M2RuO4(M=Ca、Sr、Ba)、RE2NiO4(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)、REBa2Cu3Ox(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)、MRuO3(M=Ca、Sr、Ba)、(RE、M)CrO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、M=Ca、Sr、Ba)、(RE、M)MnO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、M=Ca、Sr、Ba)、(RE、M)CoO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、M=Ca、Sr、Ba)、RENiO3(RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)、のいずれかあるいは固溶体を含み、かつ立方晶(100)、正方晶(001)、菱面体晶(100)、擬立方晶(100)、のいずれかの方向で配向していることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。
- 請求項15乃至請求項19の何れか一項において、前記中間膜のうち前記イオンビームアシスト法を用いて形成される部分は、
フルオライト構造のREx(Zr1-yCey)1-xO2-0.5x(0.0≦x≦1.0、0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、または、
パイロクロア構造のRE2(Zr1-yCey)2O7(0.0≦y≦1.0、RE=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)のいずれかあるいは固溶体、のいずれかを含み、かつ立方晶(100)配向していることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。 - 請求項15乃至請求項20の何れか一項に記載の製造方法により強誘電体デバイスを形成する工程と、
前記強誘電体デバイスに対して選択的に信号電圧を印加する駆動回路を電気的に接続する工程と、を備えた、強誘電体メモリの製造方法。 - 請求項15乃至請求項20の何れか一項に記載の製造方法により形成された強誘電体デバイスを用いることを特徴とする、電子機器の製造方法。
- 基板上に、中間膜、下部電極、圧電体膜及び上部電極を形成してなる圧電体デバイスであって、前記中間膜の少なくとも一部はイオンビームアシスト法で形成された面内配向の膜である、圧電体デバイス。
- 請求項23において、
前記中間膜のうち下部電極側の部分が、イオンビームアシスト法で形成された面内配向の膜である、圧電体デバイス。 - 基板上に、中間膜、下部電極、圧電体膜及び上部電極を形成してなる圧電体デバイスであって、前記中間膜は、イオンビームアシスト法で形成された面内配向の第1層と、当該第1層上に形成された第2層を含む、圧電体デバイス。
- 請求項23乃至請求項25の何れか一項の圧電体デバイスを備えた液体吐出ヘッドであって、前記基板に、前記圧電体膜の変形によって内容積が変化するキャビティを形成した、液体吐出ヘッド。
- 請求項26に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置。
- 基板上に、中間膜、下部電極、強誘電体膜及び上部電極を形成してなる強誘電体デバイスであって、前記中間膜の少なくとも一部はイオンビームアシスト法で形成された面内配向の膜である、強誘電体デバイス。
- 請求項28において、
前記中間膜のうち下部電極側の部分が、イオンビームアシスト法で形成された面内配向の膜である、強誘電体デバイス。 - 基板上に、中間膜、下部電極、強誘電体膜及び上部電極を形成してなる強誘電体デバイスであって、前記中間膜は、イオンビームアシスト法で形成された面内配向の第1層と、当該第1層上に形成された第2層を含む、強誘電体デバイス。
- 請求項28乃至請求項30の何れか一項に記載の強誘電体デバイスと、
前記強誘電体デバイスに対して電気的に接続され、選択的に信号電圧を印加する駆動回路と、を備えた、強誘電体メモリ。 - 請求項28乃至請求項30の何れか一項に記載の強誘電体デバイスを備えることを特徴とする、電子機器。
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